[发明专利]薄平板结构共振模态分析系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共振模态分析。特别是涉及一种薄平板结构共振模态分析系统及其使用方法。

背景技术

电子散斑干涉测量技术是一种高精度，高灵敏度，实时检测的光学测量技术。由于电子散斑干涉测量技术是基于三维物体表面的微小形变而产生干涉条纹的光学测量技术，因此它广泛的用于检测工业中材料的变形分析，机械工程中振动引起的变形、振动冲击、粗糙度等测量。

平板结构的共振模态分析在机械工程中的应用非常重要，它广泛的应用于航空航天工业和电子工业中。为了测量各种材料，各种形状，各种边界条件的经典平板国内外做了多种方法的研究。目前，针对共振频率和共振模态变形的测量方法主要集中在加速度传感器和激光多普勒测振的方法，这两种方法的缺点在于它们都是逐点测量振幅然后拟合出振形，数据量较大，测量速度较慢，对于实时性要求较高的测量环境下也不便于应用。因此，针对传统方法对于全场测量速度较慢的缺点，薄平板的共振模态的测量需要一种高精度，快速实时的全场测量的方法。对于电子散斑干涉测量方法，条纹图对于薄平板在共振条件下的微小位移的变形非常敏感，且电子散斑干涉测量的实时性也非常适合于高速振动物体的共振测量之中。

目前国内关于电子散斑干涉测量技术应用的专利主要集中基于物体微小形变的三维位移和形貌的测量领域。如中科院上海光机所的大视场数字全息成像装置(专利号：200240082611.7)；中国船舶重工集团公司第七一一研究所的一种三维电子散斑干涉仪(专利号：200610024276.0)；山东师范大学的利用电子散斑干涉载频调制技术测量物体形貌的方法(专利号：200710112994.6)；清华大学的多功能三维位移和形貌激光干涉测量系统(专利号：200910088896.2)等等。这些专利都是基于被测物体微小且稳态变形的基础上测量物体表面形变的方法，即对物体受到应力的稳态检测，不能实现对于物体在共振下动态形变的测量。

国内方面将电子散斑干涉测量技术用于振动分析和振幅测量方面的专利还很少，现阶段，国内外利用电子散斑干涉技术进行振动分析主要集中在以下方面。国立台湾大学机械工程学院的团队利用ESPI系统研究了关于方形压电材料平板在振动下的变形。台湾国立清华大学机械工程学院利用ESPI系统研究了不同材料物体粘合后的振动特性和共振频率的变化，用于测量粘合物体的粘合位置。以上的这些研究方法只是研究了薄板在各个频率下的振动形变，没有提到如何通过改变外界激振源的频率，实现薄板在各阶相应的共振频率下的振动。

国内方面西安交通大学先后开发出三代电子散斑测振仪。第一代是采用人工判读贝塞尔条纹级数的方法来估算物体振动的。第二代采用相移解调的方法,可定量分析物体振幅，第三代产品还能进行纳米振动测量。三代测振仪可以用于测量被测物在外界振动的振幅。东南大学的工程力学系利用单幅数字散斑投影和图像相关法结合的方法测量了悬臂梁的离面振动，获得了振形分布和各点振幅值。沈阳发动机设计研究所利用ESPI技术对发动机叶片进行振动变形的测量，这些研究虽然得到了在某一固定频率的振动条纹分布，但并没有说明如何快速测量被测物的各阶共振频率，以及各阶共振频率下对应的振形分布。

综上所述，目前利用散斑的测振方法都是测量物体某一的振动频率下的变形，并没有说明如何利用电子散斑干涉测量技术对薄板结构的物体进行模态分析，也没有形成一种专门用于模态分析的散斑干涉测量系统。因此，利用电子散斑干涉测量技术对不同薄平板的共振频率和共振模态进行全场快速的测量，特别是通过识别不同条纹图像确定被测板的共振阶数和共振频率，目前国内还没有一套完整的理论和系统，也没有利用电子散斑干涉法对薄板进行模态分析的专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在用于对薄板结构的物体进行快速全场的模态分析的薄平板结构共振模态分析系统及其使用方法。